CN110392667B - 低风险二氧化氯现场生成*** - Google Patents

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Abstract

本公开大体上涉及产生二氧化氯。公开了二氧化氯反应器、用于产生二氧化氯和处理含水体系的方法。所述反应器包括混合装置(20)、与所述混合装置流体连通的第一馈送管线(11)，和与所述混合装置流体连通的第二馈送管线(12)。所述反应器(21)包括与所述混合装置(20)流体连通的近侧部分和与动力水管线(24)流体连通的远侧部分。所述混合装置(20)、所述反应器(21)、所述第一馈送管线(11)的一部分和所述第二馈送管线(12)的一部分定位在所述动力水管线(24)内。

Description

低风险二氧化氯现场生成***
技术领域
本公开大体上涉及产生二氧化氯。更具体地，本公开涉及二氧化氯反应器以及产生二氧化氯和处理含水体系的方法。
背景技术
随着使用气态氯作为杀微生物剂的减少，已探索各种替代方案；包括漂白剂、含溴化物的漂白剂、溴氯二甲基乙内酰脲、臭氧和二氧化氯(ClO2)。其中，在许多不同行业中，二氧化氯已在控制微生物生长方面引起了大量关注，所述行业包括乳业、饮料业、纸浆与造纸工业、水果与蔬菜加工业、各种罐装工厂、家禽工业、牛肉加工业以及各种其它食品加工应用。因为二氧化氯对特定的环境有害废料具有选择性，所以其在市政饮用水处理设施和工业废料处理设施中的使用也有所增加，所述特定的环境有害废料包括酚类、硫化物、氰化物、硫代硫酸盐和硫醇。另外，二氧化氯在石油和天然气工业中作为井增产添加剂用于井下应用。
与氯不同，二氧化氯在溶解于水溶液中时仍然是气体，并且不电离形成弱酸。此特性至少部分地为二氧化氯在宽pH范围内的杀生物有效性的原因。此外，二氧化氯在宽pH范围内在低至0.1份/百万份(ppm)的浓度下是非常有效的杀微生物剂。
据信二氧化氯的杀生物活性是由于其穿透细菌细胞壁并与细胞质内的必需氨基酸反应以破坏细胞代谢的能力。此机制比接触时“灼伤”的其它氧化剂更有效，并且对军团杆菌属(legionella)、藻类和变形虫包囊、贾第鞭毛虫包囊、大肠杆菌、沙门氏菌属(salmonella)、志贺氏菌属(shigella)和隐孢子虫属(cryptosporidium)非常有效。
令人遗憾的是，溶液中的二氧化氯是不稳定的、存放期极短，并且因此不能商购获得。二氧化氯溶液通常必须在其使用时例如通过金属氯酸盐或金属亚氯酸盐水溶液与液相强酸之间的反应来生成。然而，液相强酸的使用造成操控问题和安全问题。
使用氯酸盐、过氧化氢和酸来产生二氧化氯会生成热量，并且如果未适当地控制温度，则可导致二氧化氯无意中急剧分解。
发明内容
在一些实施例中，公开产生二氧化氯的方法。所述方法可包括将包含酸的第一溶液通过第一馈送管线馈送到混合装置中；将包含亚氯酸盐的第二溶液通过第二馈送管线馈送到混合装置中；将第一溶液和第二溶液在混合装置中混合以形成反应混合物；将反应混合物馈送到反应器中；使酸和亚氯酸盐在反应器中反应，其中反应器包含与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分；在动力水管线中于反应器的远侧部分处混合二氧化氯与动力水。混合装置与反应器流体连通，并且混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分定位在动力水管线内。
在一些实施例中，酸是盐酸、磷酸、硫酸、次氯酸或其任何组合。
在其它实施例中，公开产生二氧化氯的方法。所述方法可包括将包含酸的第一溶液通过第一馈送管线馈送到混合装置中；将包含氯酸盐和过氧化氢的第二溶液通过第二馈送管线馈送到混合装置中；在混合装置中混合第一溶液和第二溶液以形成反应混合物，其中混合装置与反应器流体连通；将反应混合物馈送到反应器中；使酸、氯酸盐和过氧化氢在反应器中反应，其中反应器包含与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分，其中混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分定位在动力水管线内；在动力水管线中于反应器的远侧部分处混合二氧化氯与动力水。
在一些实施例中，酸是硫酸。
在其它实施例中，公开处理工艺用水的方法。所述方法可包括产生如本文所述的二氧化氯并将二氧化氯和动力水注入到工艺用水中。
在一些实施例中，动力水管线包括至少两个纵向通道，动力水可通过所述纵向通道流动。
在一些实施例中，反应混合物在反应器中的停留时间为至少约0.1分钟，并且前体速度为至少约25cm/min，其中前体速度是第一溶液和第二溶液的速度。
在一些实施例中，本文所述的方法可包括用动力水冷却混合装置和反应器。
在一些实施例中，本文所述的方法可包括以在约0.001磅/小时至约20磅/小时范围内的速率产生二氧化氯。
在一些实施例中，本文所述的方法可包括在约2℃至约80℃范围内的温度下操作反应器。
在一些实施例中，所述方法可包括使用选自二氧化氯传感器、氧化和还原电位、流量计、微生物测量值及其任何组合的测量值来测定工艺用水中的二氧化氯需求。
在一些实施例中，冷却塔包含工艺用水。
在其它实施例中，公开用于产生二氧化氯的反应器。反应器可包括的混合装置；与混合装置流体连通的第一馈送管线；与混合装置流体连通的第二馈送管线；反应器，所述反应器包含与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分；其中混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分定位在动力水管线内。
在一些实施例中，反应器包括盘绕式构造，所述盘绕式构造具有约1度至约60度的盘绕圈平面角。
在一些实施例中，第一馈送管线和第二馈送管线彼此相对并且彼此指向。
在一些实施例中，反应器包括至少一个接触区，其中接触区的内径比反应器的内径大至少两倍。
在一些实施例中，反应器在约等于或大于大气压的压力下进行操作。大气压包括约101.3kPa至约33.7kPa的压力。在一些实施例中，反应器在约101.3kPa的压力下进行操作。
前文已相当宽泛地概述本公开的特征和技术优点，以便可更好地理解下文的具体实施方式。下文将描述本公开的额外特征和优点，所述额外特征和优点形成本申请的权利要求的主题。本领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可易于用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其它实施例的基础。本领域的技术人员还应认识到，这类同等实施例不脱离如在所附权利要求书中所阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
下文具体参照附图描述本发明的详细描述，其中：
图1示出通过现场生成二氧化氯来处理冷却塔水的方法的实施例的概念图。
图2示出二氧化氯混合器和反应器的实施例；
图3示出二氧化氯混合器和反应器的实施例；
图4示出二氧化氯混合器和反应器的实施例的横截面视图；
图5示出盘绕式反应器的实施例；
图6示出动力水管线和反应器的实施例的横截面视图；并且
图7示出通过现场生成二氧化氯来处理冷却塔水和其它目标物的方法的实施例的概念图。
具体实施方式
下面参照附图描述各种实施例，其中相似的要素通常由相似的数字指代。可通过参考以下详细描述更好地理解实施例的各个要素的关系和功能。然而，实施例不限于附图中所示出的那些。应当理解，附图不一定按比例绘制，并且在某些情况下，可能已经省略了对于理解本文公开的实施例不必要的细节，例如常规的制造和组装。
传统上，喷射器使用减压从反应器中抽出二氧化氯溶液。通过将动力水馈送通过喷射器来产生减压；然而，必须小心控制动力水的品质和量，以避免产生不同的压力。不同的压力可导致二氧化氯产生效率低下。
在本公开的一些实施例中，公开了用于处理工艺用水的方法。所述方法可包括将包含酸的第一溶液通过第一馈送管线馈送到混合装置中，并且将包含氯酸盐和过氧化氢的第二溶液通过第二馈送管线馈送到混合装置中。然后可将第一溶液和第二溶液在混合装置中混合以形成反应混合物。反应器可与混合装置流体连通。在混合后，可将反应混合物馈送到反应器中。酸、氯酸盐和过氧化氢可在反应器中反应，从而产生二氧化氯。反应器可包括与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分。混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分可定位在动力水管线内。当反应混合物离开反应器时，反应混合物可在动力水管线中于反应器的远侧部分处与动力水混合。可将混合的二氧化氯和动力水注入到工艺用水中。
在一些实施例中，第一溶液可由硫酸和水组成或包含硫酸和水，其中硫酸浓度的范围为约50重量％至约98重量％。第一溶液中的硫酸浓度可为约78％。在一些实施例中，第二溶液可包含氯酸盐、过氧化氢和水或由氯酸盐、过氧化氢和水组成。第二溶液可包含浓度在约25重量％至约60重量％的范围内的氯酸盐。第二溶液中氯酸盐的浓度可为约40重量％。第二溶液中过氧化氢的浓度可在约2重量％至约30重量％的范围内。第二溶液中过氧化氢的浓度可为约8重量％。在一些实施例中，酸可以是硫酸，并且氯酸盐可以是氯酸钠。
在一些实施例中，第一溶液可由盐酸和水组成或包含盐酸和水，其中盐酸浓度的范围为约5重量％至约38重量％。第一溶液中的盐酸浓度可为约37％。在一些实施例中，第二溶液可由亚氯酸盐和水组成或包含亚氯酸盐和水。第二溶液的亚氯酸盐浓度的范围可为约5重量％至约60重量％。第二溶液中的亚氯酸盐浓度可为约25重量％。在一些实施例中，亚氯酸盐可以是亚氯酸钠。
在某些实施例中，至少两条馈送管线将前体化学物质输送到混合装置。前体可包括第一溶液和第二溶液。在其它实施例中，第三馈送管线可将水或其它化学物质馈送到混合装置。在一些实施例中，到混合装置的馈送管线可由第一馈送管线和第二馈送管线组成。
在其它实施例中，所述方法可进一步包括用动力水冷却混合装置和反应器的步骤。通过动力水管线的动力水可用于控制馈送管线中溶液的温度和反应混合物的温度。
在一些实施例中，反应器可包括盘绕式构造，这可进一步增加混合并且增强混合。具有盘绕式构造的反应器可包括在约1至约60度范围内的盘绕圈平面角。在一些实施例中，盘绕圈平面角可为约5度至约30度。具有盘绕式构造的反应器可包括盘绕圈直径。盘绕圈直径可在约0.1至约16.0英寸、约1英寸至约16英寸、约2英寸至约16英寸、约2英寸至约10英寸，或约2英寸至约4英寸的范围内。
在一些实施例中，动力水管线可包含至少两个通道。通道可以是纵向的。在一些实施例中，动力水管线可以是双密封管道。动力水管线可具有内部通道和外部通道，动力水可通过所述内部通道和外部通道流动，并且反应器可定位在内部通道内。外部通道中的动力水流量可不同于内部通道中的动力水的流量。内部通道中的动力水流量可使得反应混合物的温度被控制在一定范围内。反应混合物温度可为约2℃至约80℃、约2℃至约70℃、约35℃至约70℃、约40℃至约70℃，或约50℃至约70℃。反应混合物温度可为约60℃。外部通道中的动力水的温度可不同于内部通道中的动力水的温度。外部通道可含有的动力水的流量足以将二氧化氯稀释至安全浓度，如小于约3,000ppm、小于约2,000ppm、小于约1,500ppm、小于约1,000、小于约750ppm、小于约500ppm、小于约250ppm、小于约100ppm，或小于约50ppm。
在一些实施例中，第一馈送管线和第二馈送管线可彼此相对并且彼此指向。在这种构造中，通过第一馈送管线和第二馈送管线馈送的溶液可碰撞并混合。
在一些实施例中，反应器可包括至少一个接触区。在一些实施例中，反应器可包括至少两个、三个、四个或更多个接触区。在其它实施例中，接触区的内径可比反应器的内径大至少约两倍。在一些实施例中，接触区的内径可比反应器的内径大至少约三倍、四倍或五倍。
在一些实施例中，酸、氯酸盐和过氧化氢可在混合装置中形成反应混合物。第一溶液和第二溶液可组合形成反应混合物。使用氯酸盐和过氧化氢的溶液与酸溶液反应的至少一个优点是不产生氯气。不存在氯气提供了更安全和经济的工艺。
在某些实施例中，反应混合物在反应器中的停留时间可为至少约0.1分钟。在一些实施例中，反应混合物在反应器中的停留时间可为至少约1分钟。在其它实施例中，反应混合物可在反应器中停留至少约3分钟、至少约4分钟、至少约5分钟、至少约6分钟、至少约7分钟、至少约8分钟、至少约9分钟，或至少约10分钟。在一些实施例中，反应混合物在反应器中的停留时间可为约3.8分钟。停留时间可通过将总反应器体积除以总前体流量来计算。
在一些实施例中，可以约25厘米/分钟的流动速度将前体(酸和氯酸盐/过氧化氢或亚氯酸盐)馈送到混合装置中。在一些实施例中，可以约20厘米/分钟至约200厘米/分钟、约20厘米/分钟至约65厘米/分钟，或约20厘米/分钟至约50厘米/分钟的流动速度将前体馈送到混合装置中。在一些实施例中，前体速度可为约25厘米/分钟、约50厘米/分钟，或约65厘米/分钟。前体速度可通过将总前体流量除以反应器的横截面积来计算。
在其它实施例中，反应器可在约等于或大于大气压的压力下进行操作。
在一些实施例中，所述方法可包括使用喷射器抽出二氧化氯。在一些实施例中，所公开的方法不使用喷射器从反应器中抽出二氧化氯。在一些实施例中，反应器不包含喷射器。
在一些实施例中，所述方法可包括在约2℃至约80℃的范围内的温度下操作反应器。在一些实施例中，所述方法可包括在约60℃的温度下操作反应器。
在一些实施例中，动力水的温度可在约2℃至约80℃的范围内。动力水温度可在约15℃至约70℃、约30℃至约70℃、约40℃至约70℃、约40℃至约60℃，或约50℃至约70℃的范围内。
在一些实施例中，所述方法可包括使用来自传感器(如二氧化氯传感器)、氧化和还原电位、流量计、微生物测量值或其任何组合的测量值来确定工艺用水中的二氧化氯需求。在一些实施例中，可将二氧化氯添加到冷却塔中的工艺用水中。
在一些实施例中，可将二氧化氯添加到含水体系中。本公开不限于将二氧化氯添加到冷却塔中的工艺用水中。
在一些实施例中，所述方法可包括工艺控制***，所述工艺控制***包括可编程逻辑控制器(PLC)、二氧化氯分析器、压力变送器(PT)和流量变送器(FT)，控制用于到反应器的化学物质和用于动力水的馈送泵。
在一些实施例中，所述方法可包括分配***。分配***可包括至少两个独立控制的投予点。分配***可包括例如3个、4个、5个、6个、7个或8个独立控制的投予点。当将不同的ClO2产量设定点输入控制器时，PLC自动计算并调整二氧化氯反应器的所需产量。分配***可允许二氧化氯溶液直接从排放二氧化氯反应器分配到多个点，从而避免储罐***。分配***可并入有ClO2溶液泵和流量计以及控制阀，以管理各种投予点之间的分配。
可与所公开的方法一起使用的流量计可以是任何合适的流量计，如但不限于夹持式或脉冲流量计。基于脉冲的流量计使用光学或磁性传感器检测流动流体的动能，并且将其转换为数字脉冲形式的电能。可通过测量脉冲的周期来测定流量。
用于馈送第一溶液和第二溶液的泵可与PLC通信。PLC还可与放置在产物馈送管线上的任何泵通信。
在一些实施例中，反应器可与至少一个产物馈送管线流体连通。可将泵放置在产物馈送管线中的每一条管线上，或在一些实施例中，多条产物馈送管线可共享单个泵。
在一些实施例中，本文公开的方法中的任一种可包括测定第一馈送管线中第一溶液的流量、第二馈送管线中第二溶液的流量、产物馈送管线中二氧化氯溶液的流量，或动力水管线中动力水的流量。
在一些实施例中，可使用至少两个流量计测定馈送到反应器中的任何溶液的流量，所述流量计基于不同的原理测定流量，以确保将准确量的前体化学物质被馈送到反应器中。
在一些实施例中，本文公开的方法中的任一种可包括感测反应器压力。在一些实施例中，产物馈送管线可配备有止回阀、流量计和馈送泵。
在某些实施例中，本文公开的方法中的任一种可包括计算二氧化氯剂量。可使用第一溶液、第二溶液、动力水、产物馈送管线中的二氧化氯溶液的流量和二氧化氯浓度计算二氧化氯剂量。举例来说，主管线中的二氧化氯浓度可使用下式计算：主管线产物率＝(Fp+Fa+Fw-F产物管线)*CClO2，其中Fp是过氧化氢和氯酸盐的流量，Fa是酸的流量，Fw是动力水的流量，F产物管线是连接到主管线的任何产物馈送管线中的流量之和，并且CClO2是二氧化氯的浓度
可使用PLC设定多个警报和故障安全设定。举例来说，可通过监测流量计读数和泵速计算值之间的差异来检测泵问题。一些故障安全可包括反应器或产物馈送管线上的减压阀。馈送管线中的任一条管线可具有压力传感器，所述压力传感器将读数传达给主控制装置。举例来说，主控制装置可包括PLC和Adam AI/AO(模拟输入/模拟输出)模块。如果将反应器容纳在机柜中，则机柜可具有泄漏检测传感器和机柜门锁。
在本公开的其它实施例中，提供用于产生二氧化氯的方法。所述方法可包括将包含酸的第一溶液通过第一馈送管线馈送到混合装置中，并且将包含氯酸盐和过氧化氢的第二溶液通过第二馈送管线馈送到混合装置中。所述方法可包括在混合装置中混合第一溶液和第二溶液。混合装置可连接到反应器。在混合后，可将第一溶液和第二溶液馈送到反应器中，其中酸、氯酸盐和过氧化氢反应以形成二氧化氯。反应器可包括与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分。混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分可定位在动力水管线内。所述方法可包括在动力水管线中于反应器的远侧部分处混合二氧化氯与动力水。
在其它实施例中，提供产生二氧化氯的方法。所述方法可包括将第一溶液(如酸)通过第一馈送管线馈送到混合装置中。可将第二溶液(如亚氯酸盐)通过第二馈送管线馈送到混合装置中。混合装置可与反应器流体连通。所述方法包括在混合装置中混合第一溶液和第二溶液以形成反应混合物。可将反应混合物馈送到反应器中，其中酸和亚氯酸盐反应。反应器包括与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分。混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分定位在动力水管线内。所述方法包括在动力水管线中于反应器的远侧部分处混合二氧化氯与动力水。在一些实施例中，酸可以是盐酸、磷酸、硫酸、次氯酸或其任何组合。在一些实施例中，酸可以是盐酸。
在本公开的其它实施例中，提供用于产生二氧化氯的反应器。反应器可包括混合装置、与混合装置流体连通的第一馈送管线，和与混合装置流体连通的第二馈送管线。反应器可包括与混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分。混合装置、反应器、第一馈送管线的一部分和第二馈送管线的一部分可定位在动力水管线内。
在一些实施例中，动力水管线的直径可大于反应器和第一馈送管线和第二馈送管线的直径，使得反应器和馈送管线可定位在动力水管线的内腔中。
在一些实施例中，第一馈送管线和第二馈送管线可以“T”构造彼此相对并且彼此指向，参见例如与图4中的参考数字11和12对应的部件的取向。
在某些实施例中，反应器可包括至少一个接触区。接触区的内径可比反应器的内径大至少两倍。当反应混合物流过反应器时，它可到达反应混合物可进一步混合的接触区。接触区的出口可变窄到反应器的直径。
在一些实施例中，反应器的长度可在约25英寸至约300英寸的范围内。在一些实施例中，反应器的长度可在约30英寸至约90英寸、约30英寸至约80英寸、约30英寸至约70英寸、约30英寸至约60英寸、约30英寸至约50英寸、约40英寸至约90英寸、约40英寸至约80英寸、约35英寸至约45英寸，或约35英寸至约60英寸的范围内。在其它实施例中，反应器的长度可为约40英寸。
反应器可水平、垂直或以其间的任何角度定位。在一些实施例中，反应器可垂直定位。在反应器是盘绕式反应器的实施例中，反应器可螺旋向上。
在一些实施例中，反应器的内径可在约0.1英寸至约4英寸的范围内。在一些实施例中，反应器的内径可在约1英寸至约1.25英寸，或约0.25英寸至约1.25英寸的范围内。在一些实施例中，反应器可具有约0.25英寸、约2英寸、约3英寸或约4英寸的内径。在其它实施例中，反应器可具有约1.25英寸、约1英寸、约0.75英寸、约0.375英寸或约0.1875英寸的内径。
在一些实施例中，二氧化氯可以约0.001磅/小时至约20磅/小时范围内的速率产生。在一些实施例中，二氧化氯可以约0.02磅/小时至约15磅/小时的速率产生。在一些实施例中，二氧化氯可以约5磅/小时至约15磅/小时的速率产生。由于二氧化氯以更高的速率产生，可使用直径更大的反应器来确保在反应器中的停留时间为至少约3分钟。在一些实施例中，在反应器中的停留时间可以是至少约2分钟。
参照附图，图1示出现场处理冷却塔水的方法的某些实施例的概念图。可将前体化学物质可储存在现场的罐10中，可将化学物质从所述罐10通过第一馈送管线11和第二馈送管线12馈送到二氧化氯混合器和反应器15中。可将水馈送到混合器中以稀释馈送到二氧化氯混合器和反应器15中的前体化学物质。可通过动力馈送管线14将水馈送到混合器和反应器15中。水管线13可向动力水管线14供应水，并且/或者水管线13可在进入混合器之前或之后供应水以稀释酸。可将二氧化氯注入到工艺用水16中，可将所述工艺用水16馈送到冷却塔19中。泵17可将工艺用水16馈送通过热交换器18。
图2和图3示出二氧化氯混合器和反应器15的一些实施例的更详细视图。第一馈送管线11和第二馈送管线12可将前体化学物质引入混合装置20中。在一些实施例中，水管线13可将水供应到混合装置20中。动力供给管线14可向动力水管线24供应水。在一些实施例中，动力水管线24中的水可冷却反应器21。在其它实施例中，动力水管线24中的水在反应器的远侧部分23处稀释二氧化氯并与二氧化氯混合。反应器的近侧部分22可连接到混合装置20。混合装置20中的流体可流出混合装置20并流入反应器21。在一些实施例中，反应器21可呈盘绕式构造。在一些实施例中，二氧化氯馈送管线25将与动力水混合的二氧化氯输送至工艺用水。一些实施例可包括至少一个接触区30(例如，参见图3)。接触区30可允许增加反应混合物的混合或增加反应器中的停留时间以提高反应效率。
图4示出第一馈送管线11和第二馈送管线12彼此相对并且彼此指向的实施例。溶液在混合装置20中混合，并且然后进入反应器的近侧部分22。反应混合物可继续流过反应器21、离开反应器的远侧部分23，并与动力水管线24中的动力水混合。可将水从动力供给管线14馈送到动力水管线24中。在一些实施例中，混合装置20、反应器21、第一馈送管线的一部分40和第二馈送管线的一部分41定位在动力水管线24内。
图5示出反应器21可包含盘绕式构造的实施例。具有盘绕式构造的反应器可包括范围为约5至约30度的盘绕圈平面角50。具有盘绕式构造的反应器可包括盘绕圈直径51。盘绕圈直径可在约0.1英寸至约4.0英寸的范围内。盘绕圈反应器的内径可如以上针对反应器所述的那样。
图6示出动力水管线包含外部通道60和内部通道61的实施例。反应器21可被设置在内部通道61的内腔中。在这种构造中，可将动力水经由两个单独的通道馈送到动力水管线中。外部通道60和内部通道61可以不同的流量输送动力水。外部通道60中的动力水可具有与内部通道61中的动力水不同的温度。
图7示出处理冷却塔水和多个目标物的方法的某些实施例的概念图。可将前体化学物质可储存在现场的罐10中，可将化学物质从所述罐10通过第一馈送管线11和第二馈送管线12馈送到二氧化氯混合器和反应器15中。可经由管线13将水馈送到混合器中以稀释馈送到二氧化氯混合器和反应器15中的前体化学物质。可通过动力馈送管线14将水馈送到混合器和反应器15中。可将二氧化氯注入到工艺用水16中，可将所述工艺用水16馈送到冷却塔19中。泵17可将工艺用水16馈送通过热交换器18。可将在反应器15中生成的二氧化氯添加到工艺用水16中或转移到产物馈送管线70中用于处理其它目标物。产物馈送管线70可包括阀71、流量计72和泵73。可使用PLC(未图示)控制所有阀和泵。
实例
实例1
将含有约40％氯酸钠和约8％过氧化氢的溶液和约78％硫酸的水溶液各自以约63mL/h的速率通过0.25英寸管馈送到0.25英寸Kynar活接三通中，所述Kynar活接三通被***内径约2英寸的聚氯乙烯十字管内。
流过Kynar活接三通的前体然后流过被***0.5英寸管内的约40英寸的0.25英寸管(8mL体积)。动力水流入聚氯乙烯十字管并从0.5英寸管(在0.25英寸管周围)流出，以提供冷却和稀释。所述反应管长度和约26.5cm/min的前体速度提供约3.81分钟的停留时间。
每个实验进行约15分钟，并且约每5分钟测量二氧化氯浓度。动力水用于两个目的：稀释和冷却。需要水与前体的比率为约30或更低以确立反应所需的热量。此生成的二氧化氯浓度大于约5,500mg/L.
前体的流动速度设定为约26.5cm/min。流动速度可大于约25cm/min，以允许气态氧保持为纳米和微米气泡并加速纳米和微米气泡从反应器管道中移动离开。
使用分光光度计测定二氧化氯的浓度。使用校准曲线将来自分光光度计的读数用于计算二氧化氯浓度。根据用于水和废水检验的标准方法(1998年第20版)中的碘量法4500-ClO2制备所述曲线。以100％反应效率产生约1克的二氧化氯所需的由约40％氯酸钠和约7.99％过氧化氢组成的溶液的量为约2.86mL。基于消耗的Purate的量，由生成的总二氧化氯与理论二氧化氯产量的百分比计算反应或转化效率：η流＝(CClO2·QClO2)/(QPurate/2.86)，其中CClO2是二氧化氯的浓度(g/L)，QClO2是二氧化氯的流量(升/小时)，并且QPurate是Purate(约40％氯酸盐和约7.99％过氧化氢的混合物)的流量(毫升/小时)。
表1.反应效率
Figure BDA0002196025740000151
实例2
在此实验中，将连接到约91.4cm的3/8"英寸管的3/8"英寸三通分别用作混合装置和反应器。测试不同的停留时间(通过将反应器体积除以总反应物流量来计算)和动力水温度。如上所述计算转化率。如上所述，Purate是氯酸盐和过氧化氢的混合物。
表2.停留时间和温度对转化的影响。
Figure BDA0002196025740000152
Figure BDA0002196025740000161
实例3
在此实验中使用通过约5.72cm的1/4"英寸管连接到12ml腔室的1/4"英寸三通。所述腔室也连接到约26cm的1/4"管。所述构造类似于图3中描绘的反应器，其中12ml腔室可以是接触区。
表3示出动力水和H2SO4/Purate的比率对转化率的影响。表4示出在约62℃的动力水温度和约14min的停留时间下减少酸量的效果。这些试验的停留时间固定在约14min。
表3.动力水温度和H2SO4/Purate对转化的影响
Figure BDA0002196025740000162
表4.在62℃下减少酸的效果
Figure BDA0002196025740000163
表5示出停留时间和动力水温度对转化率的影响。
表5.停留时间和温度对转化率的影响。
Figure BDA0002196025740000171
实例4
在此实验中，使用通过约2英尺的1/4"英寸管连接到12ml腔室的1/4"英寸三通。所述腔室也连接到约10英尺的1/4"管。所述构造类似于图3中描绘的反应器，其中12ml腔室可以是接触区。反应器的体积约为78.2ml。
表6.停留时间、动力水温度和酸对转化率的影响。
Figure BDA0002196025740000172
实例5
使用本文公开的反应器并且使用亚氯酸盐作为前体代替氯酸盐来测试二氧化氯产量。将约25wt％亚氯酸盐溶液和约29wt％盐酸溶液馈送到反应器中。反应器包括，通过约5.72cm的1/4"英寸管连接到12ml腔室的1/4"英寸三通(混合装置)。腔室也连接到约26cm的1/4"管。表7示出作为时间函数的反应效率。
表7.使用亚氯酸盐和盐酸的二氧化氯产量。
Figure BDA0002196025740000181
在较大规模的反应器中测试使用亚氯酸盐和盐酸的二氧化氯产量。反应器包括连接到约91.4cm的3/8"英寸管的3/8"英寸的三通。表8将理论生产率与实际生产率进行了比较。
表8.在大规模反应器中的二氧化氯转化效率。
Figure BDA0002196025740000182
本文公开的任何组合物可包含、由或基本上由本文公开的化合物/组分中的任一种组成。根据本公开，短语“基本上由…组成”(“consiste ssentially of”、“consistsessentially of”、“consisting essentially of”)等将权利要求的范围限制到指定的材料或步骤和不实质上影响所要求保护的发明的一种或多种基本和新颖特征的那些材料或步骤。
如本文所用，术语“约”是指所述的值在由它们各自的测试测量中发现的标准偏差引起的误差内，并且如果这些误差不能确定，那么“约”指的是所述值的10％以内。
本文所公开或所要求保护的所有设备和方法都可根据本公开在无过度实验的情况下作出和执行。虽然本发明可按许多不同形式体现，但本文详细描述本发明的特定优选实施例。本公开是本发明的原理的范例并且不打算使本发明限于所说明的特定实施例。另外，除非明确相反地陈述，否则术语“一个/种”的使用旨在包括“至少一个/至少一种”或“一个或多个/一种或多种”。举例来说，“一条馈送管线”旨在包括“至少一条馈送管线”或“一条或多条馈送管线”。
按绝对术语或按近似术语给出的任何范围打算涵盖两者，并且本文所使用的任何定义打算为澄清的并且不为限制性的。尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但特定实例中所阐述的数值是尽可能精确报导的。但是，任何数值固有地含有某些由其各别测试测量值中所发现的标准差必然造成的误差。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围(包括所有分数值和整体值)。
此外，本发明涵盖本文所述的各种实施例中的一些或全部的任何和所有可的组合。还应理解，对本文所述的本发明优选实施例的各种改变和修改将对本领域的技术人员显而易见。这类改变和修改可在不脱离本发明的精神和范围的情况下并且在不消减其预期优点的情况下作出。因此，预期这类改变和修改由所附权利要求书覆盖。

Claims (16)

1.一种产生二氧化氯的方法，所述方法包含：
将包含酸的第一溶液通过第一馈送管线馈送到混合装置中；
将包含亚氯酸盐的第二溶液通过第二馈送管线馈送到所述混合装置中；
在所述混合装置中混合所述第一溶液和所述第二溶液以形成反应混合物，其中所述混合装置与反应器流体连通；
将所述反应混合物馈送到所述反应器中；
使所述反应器中的所述酸和所述亚氯酸盐反应，其中所述反应器包含与所述混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分，其中所述混合装置、所述反应器、所述第一馈送管线的一部分和所述第二馈送管线的一部分定位在所述动力水管线内，其中所述动力水管线是双密封管道，具有内部通道和外部通道，其中所述反应器定位在所述内部通道内，并且所述外部通道中的动力水流量不同于所述内部通道中的动力水流量；和
在所述动力水管线中于所述反应器的所述远侧部分处混合二氧化氯与动力水，
其中所述反应器包含盘绕式构造，所述盘绕式构造具有1度至60度的盘绕圈平面角。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸是盐酸、磷酸、硫酸和次氯酸中的任意一种或其任何组合。
3.一种产生二氧化氯的方法，所述方法包含：
将包含酸的第一溶液通过第一馈送管线馈送到混合装置中；
将包含氯酸盐和过氧化氢的第二溶液通过第二馈送管线馈送到所述混合装置中；
在所述混合装置中混合所述第一溶液和所述第二溶液以形成反应混合物，其中所述混合装置与反应器流体连通；
将所述反应混合物馈送到所述反应器中；
使所述酸、所述氯酸盐和所述过氧化氢在所述反应器中反应，其中所述反应器包含与所述混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分，其中所述混合装置、所述反应器、所述第一馈送管线的一部分和所述第二馈送管线的一部分定位在所述动力水管线内，其中所述动力水管线是双密封管道，具有内部通道和外部通道，其中所述反应器定位在所述内部通道内，并且所述外部通道中的动力水流量不同于所述内部通道中的动力水流量；和
在所述动力水管线中于所述反应器的所述远侧部分处混合二氧化氯与动力水。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述酸是硫酸。
5.一种处理工艺用水的方法，所述方法包含：根据权利要求1至4中任一项所述的方法产生二氧化氯；并将所述二氧化氯和所述动力水注入到所述工艺用水中。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法进一步包含用所述动力水冷却所述混合装置和所述反应器。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一馈送管线和所述第二馈送管线彼此相对并彼此指向。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述反应器包含至少一个接触区，其中所述接触区的内径比所述反应器的内径大至少两倍。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述反应器在等于或大于大气压的压力下进行操作。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述反应混合物在所述反应器中的停留时间为至少0.1分钟，并且前体速度为至少25cm/min，其中所述前体速度是所述第一溶液和所述第二溶液的速度。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法进一步包含以在0.001磅/小时至20磅/小时范围内的速率产生所述二氧化氯。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在2℃至80℃范围内的温度下操作所述反应器。
13.根据权利要求5所述的方法，其中冷却塔包含所述工艺用水。
14.一种用于产生二氧化氯的反应器，所述反应器包含：
混合装置；
与所述混合装置流体连通的第一馈送管线；
与所述混合装置流体连通的第二馈送管线；和
反应器，所述反应器包含与所述混合装置流体连通的近侧部分和与动力水管线流体连通的远侧部分，其中所述动力水管线是双密封管道，具有内部通道和外部通道，其中所述反应器定位在所述内部通道内，并且所述外部通道中的动力水流量不同于所述内部通道中的动力水流量；
其中所述混合装置、所述反应器、所述第一馈送管线的一部分和所述第二馈送管线的一部分定位在所述动力水管线内，并且其中所述反应器包含盘绕式构造，所述盘绕式构造具有1度至60度的盘绕圈平面角。
15.根据权利要求14所述的反应器，其中所述第一馈送管线和所述第二馈送管线彼此相对并彼此指向。
16.根据权利要求14至15中任一项所述的反应器，其中所述反应器包含至少一个接触区，其中所述接触区的内径比所述反应器的内径大至少两倍。
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